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单元详解——PLANE55

单元性质：2维4节点热实体单元

有效产品：MPME<><><>PR<><><>PPED

PLANE55单元说明

PLANE55可以作为平面单元或轴对称环单元，用于2维热传导分析。本单元有4个节点，每个节点只有一个自由度–温度。

本单元适用于2维，稳态或瞬态热分析。本单元也可以考虑由常速流动的质量所输送的热流。如果包含热单元的模型还要用于结构分析，应该用等价的结构单元(如PLANE42)替换本单元。具有中间节点的类似单元是PLANE77。能够承受非轴对称载荷的轴对称单元是PLANE75。

存在一个选项，使本单元可以用多孔渗流介质来模拟非线性稳态流动。使用这一选项，热参数被解释为类似的流动参数。关于本单元的更多细节见ANSYS 公司理论手册中的PLANE55。

图55.1PLANE55单元几何

PLANE55输入数据

在图55.1:"PLANE55单元几何"中给出了本单元的几何形状，节点位置和坐标

系。单元输入数据包括4个节点以及正交异性材料特性。正交异性材料的方向与单元坐标系相同。单元坐标系的方向在坐标系中说明。对于稳态分析，忽略比热和密度。未输入的材料特性其默认值在线性材料特性中说明。

单元载荷在"节点和单元载荷"中说明。对流换热或热流密度(二者不能同时)以及热辐射可以作为单元边界上的面载荷输入，如图55.1:"PLANE55单元几何"中带圆圈数字所示。

生热率可以作为单元节点上的体载荷输入。如果输入了节点I处的生热率HG(I),但未给出其它节点处的生热率，则默认等于HG(I)。

用KEYOPT(8)可以设置质量输送选项。使用这一选项时，实常数中必须输入速度VX和VY(单元坐标系)。此外，必须给出入口边界的温度以确保解的稳定。有质量输送时，材料常数必须用比热(C)和密度(DENS)来代替焓(ENTH)。

KEYOPT(9)=1可以设置非线性多孔渗流选项。对这一选项，温度被解释成压力，介质的渗透性能用材料性能KXX和KYY输入。DENS和VISC为质量密度和流体粘度。关于性能C和MU的说明见ANSYS公司理论手册，它们用于计算渗透性系数(忽略Z向作用）。用D命令输入的温度边条件解释为压力边条件。用F命令输入的热流边条件解释为质量流率(质量/时间)边条件。

在"PLANE55输入汇总"中给出了本单元输入数据的汇总。关于本单元输入数据的一般说明，见"单元输入"。

PLANE55输入汇总

节点

I,J,K,L

自由度

TEMP

实常数

当KEYOPT(8)>0时，输入

VX–X方向的质量输送速度；

VY-Y方向的质量输送速度；

材料性能

KXX,KYY,DENS,C,ENTH,VISC,MU(VISC和MU仅在KEYOPT(9)=1时输入，当KEYOPT(8)=1或2时不使用ENTH).

面载荷

对流换热或热流密度(二者不同时)和热辐射-

边1(J-I),边2(K-J),边3(L-K),边4(I-L)

体载荷

生热率-HG(I),HG(J),HG(K),HG(L)

求解能力

生死单元

关键选项

KEYOPT(1)–如何计算膜(对流换热)系数

0–按平均膜温度(TS+TB)/2下计算膜系数；

1–按单元表面温度TS计算

2–按流体体积温度TB计算

3–按温差|TS-TB|计算

KEYOPT(3)–单元行为

0–平面

1–轴对称

KEYOPT(4)–单元坐标系

0-单元坐标系平行于总体坐标系

1-单元坐标系以单元的I-J边为基础

KEYOPT(8)–质量传输作用

0–没有质量传输；

1-质量传输速度为VX和VY；

2–与1类似，还输出质量输送热流。

KEYOPT(9)–非线性流动选项

0–标准热传输单元

1-非线性稳态流动分析单元(温度自由度解释为压力)

PLANE55输出数据

与单元有关的结果输出有两种形式：

•包括在整个节点解中的节点位移。

•附加的单元输出，见表55.1"PLANE55单元输出定义"。

对轴对称分析，侧面面积和热流密度都是对整个360°圆周的。对流热流以

流出单元为正。施加的热流以流入单元为正。如果KEYOPT(9)=1，标准的热输出

应解释为类似流动分析的输出。单元输出的方向平行于单元坐标系。在"结果输出"和三角形、五面体形和四面体形单元中给出了对于结果输出的一般说明。查

看的方法见"ANSYS基本分析指南"。

单元输出定义表使用如下标记:

在名称列中的冒号(：)表示该项可以用分量名方法[ETABLE,ESOL]处理；O列

表示该项可用于Jobname.OUT文件；R列表示该项可用于结果文件。

无论O列或R列，Y表示该项总是可用的，一个数字表示表的一个注解,其

中说明了使用该项的条件；而减号"-"表示该项不可用。

表55.1PLANE55单元输出定义

R

Y

Y

Y

Y

4

-

Y

Y

1

1

-

-

1

1

1

1

1

-

-

-

-

-

- 注解：

1如果输入了面载荷；

2如果KEYOPT(8)=2；

3如果KEYOPT(9)=1；

4只能用于单元中心并作为*GET命令的一项。

表55.2"PLANE55输出项和序列号"列出了可以通过ETABLE命令,采用序列号